專利名稱：纖維增強材料,由其制造的產(chǎn)品,和制造它們的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高性能合成纖維的混雜混合物，更尤其涉及降低塑性收縮效應(yīng)和提高硬化混凝土性能的合成纖維的混合物。這將在下面更詳細(xì)地討論，已發(fā)現(xiàn)形成本發(fā)明的混雜纖維混合物的第一組分纖維和第二組分纖維的組合能獲得令人驚奇的增強性能和各種強于每種纖維組分單獨能獲得的性能益處。尤其是本發(fā)明的纖維改善了塑性和沉降收縮開裂的控制，同時提高了沖擊強度、混凝土韌性和其它結(jié)構(gòu)和長期耐久性能。
第一纖維組分為均聚物聚丙烯纖維增強材料。第一纖維組分為有序的(collated)原纖維化(網(wǎng)絡(luò))纖維，每個單絲為大約100至約20000但尼爾。例如，在本發(fā)明的一種實施方案中，第一纖維組分為每個單絲大約10000但尼爾，并包括以下物理性質(zhì)

第一纖維組分可但不必需由100％的純聚丙烯形成，并可為基本無腐蝕、無磁性和耐堿的混色和完全取向纖維。當(dāng)單獨用作纖維增強添加劑(即不作為與本文公開的下述第二纖維組分聯(lián)合的混雜混合物)，第一組分一般在配料其它組分過程中或過程后以1.5磅/立方碼(0.9千克/立方米)膠結(jié)材料的進(jìn)料速度直接加入到混合體系中，并以混合器生產(chǎn)商建議的時間和速度混合(一般為4至5分鐘)。第一纖維組分表現(xiàn)出良好的混合及均勻分布性能。得到的纖維增強材料能提供較好的長期耐久性和對于溫度/收縮開裂的二次/溫度控制。
在本發(fā)明中使用時，第一纖維組分加入到混雜混合物中的量可為總重量的約5wt％至約50wt％。例如，在本發(fā)明的一種實施方案中，第一纖維組分的加入量可為總重量的約6.7wt％。另外，第一纖維組分可與但不必需與第二纖維組分長度相同。在本發(fā)明中使用時，可向混雜混合物中加入長度為約19至約60mm的第一纖維組分。例如，在本發(fā)明的一種實施方案中，可加入長度為約54mm的第一纖維組分。
第二纖維組分為高強度纖維增強共聚物，如但不限于由壓花單絲形成的那種。第二纖維組分優(yōu)選為由主要量的優(yōu)選約75-80wt％的聚丙烯、優(yōu)選低熔點聚丙烯(2-熔點均聚物)和次要量的優(yōu)選約20-25wt％的高密度聚乙烯形成的共聚物。第二纖維不原纖維化，即它們不會拉開而在膠結(jié)材料中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
第二纖維組分為具有高耐性和優(yōu)異柔性的高韌度聚烯烴絲。當(dāng)摻入到本發(fā)明的混雜混合物中時，第二纖維組分包括每個單絲為大約350至約6000但尼爾的單絲。第二纖維組分的優(yōu)選實施方案為優(yōu)選被纏繞形成多根未原纖維化單絲的絞線的非互連束。在本發(fā)明的一種實施方案中，第二纖維組分表現(xiàn)出以下性質(zhì)

例如，在本發(fā)明的一種實施方案中，第二組分為每個單絲大約750但尼爾。當(dāng)單獨使用(不作為與本文公開的上述第一組分聯(lián)合的混雜混合物)時，第二組分一般在配料其它組分過程中或過程后以約4-約30磅/立方碼(1.8-13.6千克/立方米)膠結(jié)材料的進(jìn)料速度直接加入到混合體系中，并分布在其中。得到的纖維增強材料表現(xiàn)出長期耐久性。但是，應(yīng)注意到，第二纖維組分本身在未纏繞時，在混合操作過程中在建筑材料中的表現(xiàn)達(dá)不到最佳分布性能。但是，當(dāng)?shù)诙w維組分的單絲被纏繞形成非互連束時，如在本發(fā)明的合成纖維混合物的優(yōu)選實施方案中所用，合成纖維混合物更易于混合，并均勻分布在整個膠結(jié)材料中。
已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)诙w維組分被纏繞時，束的纏繞程度與第二纖維組分在加入它的建筑材料中的分布性能有關(guān)。如圖30所示，單匝標(biāo)記為“x”，在本文中使用時定義為沿纖維束直線長度(linear length)的全旋轉(zhuǎn)(360°)。每直英尺的匝數(shù)(每直英寸的匝數(shù)或每直厘米的匝數(shù))在本文中分別標(biāo)記為匝/英尺、匝/英寸或匝/cm，提供了第二纖維組分與建筑材料混合或在整個建筑材料中更均勻分布的能力的顯著差異。這種分布差異又被認(rèn)為是本發(fā)明的合成纖維混合物所表現(xiàn)出的提高增強性能的至少部分原因。
形成本發(fā)明的合成纖維束的早期努力利用纏繞單絲的多個絞線至約9匝/英尺(約0.75匝/英寸或約0.3匝/cm)。發(fā)現(xiàn)這種纏繞程度能在整個膠結(jié)材料中產(chǎn)生良好的混合和分布性能，如本文所述。附加試驗表明，當(dāng)纏繞程度提高到高達(dá)約11匝/英尺(約0.9匝/英寸或約0.36匝/cm)時能得到類似的結(jié)果。因此，發(fā)現(xiàn)相對于沒有利用本發(fā)明未纏繞纖維組分的實施方案的建筑材料，在約0.75匝/英寸(約0.3匝/cm)至約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)的范圍內(nèi)纏繞纖維組分能在加入第二纖維組分的整個建筑材料內(nèi)提供提高的混合和分布性能。但是，注意到當(dāng)在約0.75匝/英寸(約0.3匝/cm)至約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)的范圍內(nèi)纏繞單獨單絲絞線時在單獨單絲絞線內(nèi)可看到一定程度的分裂和“漆刷”效應(yīng)。圖31中示出了這種常見的效應(yīng)10，它會反面影響單絲在整個膠結(jié)材料中分散的能力。另外，發(fā)現(xiàn)纏繞程度低于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)時，存在單絲與纖維束的不完全分離。在使用單絲絞線的本發(fā)明一些實施方案中這是尤其明顯的，每個絞線包括兩個或多根連接單絲，這些連接單絲被設(shè)計成由于將纖維絞線纏繞成纏繞束的作用而分裂成獨立單絲。
通過實驗測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)诙M分形成有超過約11匝/英尺(約0.9匝/英寸或約0.36匝/cm)的更緊纏繞時，得到混合和分布的顯著改善。這些改善的結(jié)果在纏繞程度小于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)時觀察到，2.2匝/英寸大致為未加熱纖維束可被纏繞而沒有明顯“回彈”效應(yīng)(即纖維束從其纏繞形式解開和可能由于聚合物的彈性而不成束的效應(yīng))的最高纏繞程度。典型地，在大于約11匝/英尺(約0.9匝/英寸或約0.36匝/cm)下測量到由于纖維束纏繞程度而提高的混合和分布性能，并典型地在大于約11匝/英尺(約0.9匝/英寸或約0.36匝/cm)和約13匝/英尺(約1.1匝/英寸或約0.43匝/cm)之間的范圍內(nèi)出現(xiàn)，并可在約13匝/英尺(約1.1匝/英寸或約0.43匝/cm)的纏繞程度處出現(xiàn)。此外，發(fā)現(xiàn)隨著纏繞程度提高至大于約1匝/英寸(約0.39匝/cm)，在單絲中觀察到很少或沒有分裂或“漆刷”效應(yīng)，幾乎所有形成纖維束的獨立單絲完全與束分離，并分配在加入它的整個建筑材料內(nèi)。在使用單絲絞線的本發(fā)明一些實施方案中這是尤其明顯的，每個絞線包括兩個或多根連接單絲，這些連接單絲被設(shè)計成由于將纖維絞線纏繞成纏繞束的作用而分裂成獨立單絲，最終形成單絲的纏繞束。
考慮到當(dāng)?shù)诙w維組分的纏繞纖維束構(gòu)造被加熱至低于它的熔點并纏繞時，這可允許纖維束被纏繞至大于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)的纏繞程度，可在第二纖維組分的混合和分布中得到一些附加的優(yōu)點。在這種實施方案中，第二纖維組分的獨立單絲可在形成纏繞束之前或之后被加熱至例如高達(dá)約325℉，從而可提供纏繞程度大于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)的纖維束，并可大大減少或消除回彈效應(yīng)。
當(dāng)在本發(fā)明的合成纖維混合物中使用時，可向混雜混合物中加入量為總重量的約50-約95％的第二纖維組分。例如，在本發(fā)明的一種實施方案中，第二纖維組分的加入量為總重量的約93.3％。另外，第二纖維組分可與但不必需與第一纖維組分長度相同。當(dāng)在本發(fā)明中使用時，可向混雜混合物中加入長度為約19-60mm的第二纖維組分。例如，在本發(fā)明的一種實施方案中，可加入長度為約54mm的第二纖維組分。
可混合上述量的第一纖維組分和第二纖維組分形成本發(fā)明的混雜纖維混合物?？赏ㄟ^本領(lǐng)域中任何已知方式混合第一纖維組分和第二纖維組分，如例如使兩種纖維組分在切割過程中混合?？稍诨旌系谝焕w維組分和第二纖維組分前或后將混雜纖維切割成可用的條。當(dāng)在混合第一纖維組分和第二纖維組分后將本發(fā)明的混雜纖維切割成可用的條時，混雜纖維條可被切至可分散和可抽吸的任何長度，而且可被切至約19-60mm的長度，如例如約54mm的長度?？紤]可根據(jù)規(guī)格調(diào)整纖維長度。在本發(fā)明的一種形式中，得到的混雜纖維具有以下物理性質(zhì)
當(dāng)被摻入到建筑材料如混凝土中時，可向混合物中加入以混凝土體積計量為約0.1％-約2.0％的本發(fā)明的混雜纖維混合物，并且以混凝土體積計，該量一般為約0.5％-約2.0％，以為混凝土提供提高的增強性能?？稍谂淞掀渌煞诌^程中或過程后將混雜纖維混合物直接加入到混合體系中，并以混合器生產(chǎn)商建議的時間和速度混合(一般4至5分鐘)。
可使用本發(fā)明的混雜纖維混合物降低塑性和硬化混凝土收縮和導(dǎo)致開裂的初凝前的沉降收縮。此外，混雜纖維混合物提高了沖擊強度，并增加了抗疲勞性和混凝土韌度作為交替的二次/溫度/結(jié)構(gòu)增強。另外，除了第二纖維組分的纏繞外，還發(fā)現(xiàn)第一纖維組分和第二纖維組分的組合大大增加了第二纖維組分被更均勻地分布在整個混合物中的能力。認(rèn)為第二纖維組分提高的分布性能部分導(dǎo)致由本發(fā)明的合成纖維混合物表現(xiàn)出的改進(jìn)增強性能的增加。另外，本發(fā)明的纖維是無腐蝕的、無磁性的，并基本抵抗常規(guī)建筑材料如例如波特蘭水泥混凝土的堿性的影響。
如下面的實施例所示，本發(fā)明提供在成本、操作和結(jié)構(gòu)增強方面超過已知增強組分的優(yōu)點。與金屬絲網(wǎng)或常規(guī)鋼纖維相比，本發(fā)明的纖維組分組合沒有腐蝕性，易于與建筑材料混合，減少了塑性收縮開裂，并為得到的成形材料提供成本效率和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。合成纖維取代鋼纖維用于膠結(jié)材料的增強，消除了由鋼纖維引起的對設(shè)備的損害。當(dāng)與其它合成纖維相比時，本發(fā)明的纖維為加入它們的建筑材料提供了更有效的混合操作和增加的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。
為了使本領(lǐng)域那些技術(shù)人員更好地理解如何實施本發(fā)明，用對本發(fā)明舉例而非限制的方式給出下面的實施例，本發(fā)明由權(quán)利要求限定。在觀察下面的試驗結(jié)果時明顯看出，與常規(guī)纖維增強材料相比，本發(fā)明的合成混雜纖維混合物大大并令人難忘地提高了加入它們的建筑材料的增強特性。進(jìn)行一系列的試驗，以評價各種量的本發(fā)明合成纖維混合物。結(jié)果提供在下文中。
實施例 實施例1 使用被認(rèn)為具有高的收縮開裂可能性的富水泥混合物試驗本發(fā)明的混雜合成纖維，以測定混凝土的塑性收縮減少量。使用的纖維量為混凝土體積的0.5％、1.0％和2.0％。制備三種不同批料的混凝土，試驗總共15個板。使用3英尺(91.4cm)長和2英尺(61cm)寬的2.0英寸(5.08cm)厚板進(jìn)行試驗。通過使用可產(chǎn)生14mph(22.5km/hr)風(fēng)速的風(fēng)扇加快裂縫發(fā)展。使用沒有纖維的對照板和纖維增強板的裂縫面積比較這些纖維的性能。
如下面所述，試驗結(jié)果表明，本發(fā)明的纖維在所用量下顯著降低了混凝土中的塑性收縮。裂縫面積減少量從素混凝土的100％變化到92％。當(dāng)使用混凝土體積2.0％的纖維量時沒有觀察到裂縫。當(dāng)纖維量分別為混凝土體積的1.0％和0.5％時，有98％和92％的塑性收縮開裂減少量。
試驗方法 使用3英尺(91.4cm)長和2英尺(61cm)寬的2.0英寸(5.08cm)厚板進(jìn)行試驗。環(huán)繞周長使用金屬絲網(wǎng)約束板。澆注后，將板放在平面上，并經(jīng)受使用高速風(fēng)扇的14mph(22.5km/hr)風(fēng)速。
在澆注后2-3和1個半小時內(nèi)觀察到裂縫發(fā)展。但典型地，開裂在約6-8小時內(nèi)完成，24小時后測量裂縫寬度和長度。選擇更長的持續(xù)時間以確保全部裂縫發(fā)展和穩(wěn)定。在沿裂縫長度上的多個位置處測量裂縫寬度。測量每個裂縫的裂縫長度并乘以平均寬度。這樣計算給定板的總裂縫面積。
對照板(沒有纖維)裂縫值設(shè)定為100％。其它板的裂縫面積表示為對照物的百分比，并得到由于加入纖維產(chǎn)生的裂縫面積減少率。
材料 材料由ASTM I型水泥、混凝土砂和粗骨料組成。粗骨料具有0.75in的最大尺寸。細(xì)和粗骨料都滿足ASTM骨料要求。
使用的混雜合成纖維的化學(xué)和物理性質(zhì)為本文所描述的那些。
混合比例 因為該試驗的目的是研究纖維添加對塑性收縮的影響，因此必需制造收縮開裂可能性非常高的混凝土。對每批料，試驗條件如環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)速14mph(22.5km/hr)都保持不變。制備具有相同水含量、水泥含量和粗骨料最大尺寸的三種不同批料的混凝土。使用較高的水泥含量以增加開裂可能性。使用的基本混合物比例如下 水泥(lbs)855(388kg) 水(lbs) 427(194kg) 水/水泥比0.5 混凝土砂(lbs)1062(482kg) 粗骨料(lbs) 1062(482kg) 骨料最大尺寸(英寸) 0.75(1.91cm) 混合過程和澆注試樣 在9立方英尺容量的混合器中進(jìn)行全部混合。稱量纖維并存儲在單獨的容器中。首先制備緩沖混合物。然后，將粗骨料引入到混合器中。然后加入砂和三分之二的水并混合1分鐘。然后與剩余的三分之一水一起加入水泥。然后，加入本發(fā)明的纖維，并混合成分3分鐘?；旌虾?，使混合物經(jīng)過3分鐘放置期，接著是用于適當(dāng)纖維分布的最后2分鐘混合階段。
由于纖維增強的膠結(jié)混合物具有流動連貫性(flowing consistency)，所以混合和放入都沒有任何問題地進(jìn)行。在任何混合物中都沒有觀察到纖維的分開或成球。為了保持放入、固結(jié)和最后加工板的連貫性，對于所有板，富有經(jīng)驗的混凝土承包人和精修工完成放入、固結(jié)和最后加工。
在三個分開的日子內(nèi)制備三批料。制備每批增強膠結(jié)材料后，徹底清洗混合罐。在制備下一混合物前制備緩沖混合物。所有混合物都在相同條件下制備。
試驗結(jié)果和討論 按照ASTM過程，為有和沒有纖維的六種混合物中的每一種準(zhǔn)備三個圓柱體。熟化14天后測試圓筒。結(jié)果提供在下面的表1中。如表1所示，所有混合物中的圓柱體強度都始終接近。全部18個試樣的14天壓縮強度結(jié)果大致相同。
對于批料A、B和C，測量的對照板和纖維增強板的裂縫長度、寬度和面積分別提供在表A1-A3、B1和B2以及C1-C2中。每個表比較在特定日子內(nèi)制備的混合物。不同纖維量對塑性收縮開裂的影響示于

圖1-6中。試驗結(jié)果和塑性收縮開裂減少率的匯總提供在表2中。不同纖維含量的各種參數(shù)的比較示于表3。
對三種纖維含量的每一個都測試三個試樣，計算平均裂縫面積。這些計算的結(jié)果提供在表2中。表2包括沒有纖維的兩個對照板的平均裂縫面積，和FRC的裂縫面積，其表示為對照板裂縫面積的百分比，和由于加入三種纖維量產(chǎn)生的塑性收縮開裂減少率。
圖1-4圖形化地說明了不同纖維含量的裂縫面積(圖1)、不同纖維含量的裂縫長度(圖2)、觀察到的基于纖維含量的裂縫形成時間(圖3)和對照板和增強纖維板之間的裂縫面積(圖4)。三種纖維含量的塑性收縮開裂減少可能性的全面比較示于圖5和6。
在用2.0體積％的本發(fā)明合成纖維混合物增強的三個板中的任一個中都沒有觀察到裂縫。結(jié)果表明，全部三種纖維含量都能有效減少混凝土中的塑性收縮開裂。但是，對于不同的纖維量，開裂減少的量是不同的。對于這些纖維含量，開裂減少可能性從約92％變化到100％。
結(jié)論 對照板和纖維增強板上的試驗結(jié)果證實，本發(fā)明的纖維能非常有效地減少混凝土中的塑性收縮開裂。試驗顯示，即使在非常低的添加水平下，本發(fā)明的合成混雜纖維也能提供極其高的開裂減少率。在0.5體積％的纖維量時，獲得92％的開裂減少率。在1.0體積％的纖維量時，獲得98％的開裂減少率。另外，當(dāng)使用2.0體積％的纖維時，沒有觀察到塑性收縮開裂。
表1 收縮試樣的14-天壓縮強度
表2 由于加入混雜纖維混合物引起的塑性收縮減少率




表B1.裂縫長度、寬度&面積的細(xì)節(jié)；批料B；對照板1
表B2.裂縫長度、寬度&面積的細(xì)節(jié)；批料B；對照板2
表C1.裂縫長度、寬度&面積的細(xì)節(jié)；批料C；對照板1
表C2.裂縫長度、寬度&面積的細(xì)節(jié)；批料C；對照板2
表C3.裂縫長度、寬度&面積的細(xì)節(jié)；批料C；用混雜纖維混合物(0.5％)增強的板
實施例2 進(jìn)行研究以在濕攪拌(wet-mix)噴漿混凝土中的三種添加比例下評價本發(fā)明的再配制的實驗合成混雜纖維。分離纖維大約60mm長，0.3mm厚，0.3mm寬。原纖維化纖維是有序的。纖維具有910kg/m3的比堆積密度(specificbulk density)。
為了評價，生產(chǎn)具有名義1.0、1.5和2.0體積％的纖維添加比例的三種噴漿混凝土混合物。在全部混合物中，有序的原纖維化纖維對應(yīng)于0.1體積％的添加比例，其余為分離的60mm長纖維。測試三種混合物的新澆噴漿混凝土性能，測定回彈數(shù)據(jù)，對每一種混合物，都制造一個標(biāo)準(zhǔn)ACI噴漿混凝土試驗板、一個Australian Round Panel和一個South African Panel。
用金剛石鋸從每個標(biāo)準(zhǔn)ACI噴漿混凝土試驗板切割用于ASTM C1018梁(beam)測試的三個梁。還從這些試驗板中抽出芯用于壓縮強度測定。在金剛石鋸切割的梁末端上測定滲透性數(shù)據(jù)。利用在水床試驗裝置上的均勻分布負(fù)荷測試South African Panel，而在定制試驗機上三個點處具有定向支撐(determinate support)的中間點負(fù)荷中測試Australian Round Panel，試驗機由AGRA Earth & Environemntal Limited，Burnaby，B.C.，Canada制造。
噴漿混凝土混合物設(shè)計和配料 使用的基礎(chǔ)濕攪拌噴漿混凝土混合物設(shè)計示于下面技術(shù)報告No.1中的表中。這種混合物設(shè)計類似于一般用于北美的隧道和礦井、斜坡穩(wěn)定和基礎(chǔ)設(shè)施改建工程中永久噴漿混凝土襯里的混合物。在膠結(jié)材料的三元混合物(波特蘭水泥、飛灰和硅灰)中，硅灰增強混合物的粘合力和內(nèi)聚力，并降低回彈；飛灰增加能提高可泵送性和可噴注性的漿料體積。
為了保持對混合物比例的嚴(yán)格控制，干法配料基礎(chǔ)噴漿混凝土混合物。使用絕對干燥(bone dry)材料，所有成分在監(jiān)控下按質(zhì)量精密配料。在放料到30kg紙袋中前，在具有反轉(zhuǎn)槳的旋轉(zhuǎn)盤式混合機中預(yù)混合材料。噴漿混凝土被供應(yīng)到臺車上，用熱縮塑料包(shrink-wrap)保護(hù)，并在使用前用油布蓋住防潮。
在改進(jìn)的Allentown Powercrete Pro混合機裝置中配料噴漿混凝土，混合機裝置連接到75mm搖擺閥式泵上。典型地，一次配料14個30kg袋。加入水以保持所有混合物之間的恒定水/水泥比。在混合循環(huán)中向混合機裝置中直接加入纖維，并混合大約5分鐘，以在噴漿混凝土卸料前提供均勻的纖維分布。
制造下面的混合物1)混合物F10(名義上1.0體積％的纖維含量)；2)混合物F15(名義上1.5體積％的纖維含量)；和3)混合物F20(名義上2.0體積％的纖維含量，增加的漿料體積)。
按照需要調(diào)整超塑化劑用量以提供噴注所需的坍落度?；旌衔颋20接受補充量的飛灰和水來增加漿料體積，以便盡管纖維加入比例高但仍保持良好的泵送性能。三種混合物的實際混合量示于下面的技術(shù)報告No.1a-1c。
噴漿混凝土塑性性能 1.坍落度和含氣量 關(guān)于主要環(huán)境條件(溫度、風(fēng)速、沉淀)的細(xì)節(jié)和塑性噴漿混凝土性能提供在下面的技術(shù)報告No.2中的表中。產(chǎn)生所需坍落度和配料態(tài)(as batched)時含氣量需要的混合物用量也示于該表中。報告No.2中的表還詳細(xì)列出了配料態(tài)和噴注態(tài)新澆噴漿混凝土的性能，和作為泵送容易性度量的噴漿混凝土泵的操作水壓。
不同混合物的坍落度從30到50mm。已放入到噴漿混凝土泵的混合物的配料態(tài)含氣量在8和9％之間變化。為了測定噴注態(tài)(as shot)含氣量，將噴漿混凝土噴注到ASTM C231氣壓儀表底座(base)。噴注態(tài)含氣量為2-3％范圍。這比含氣量的通常損失高，表明纖維有助于俘獲當(dāng)放置噴漿混凝土?xí)r受到?jīng)_擊下釋放的空氣。
2.可泵送性和可噴注性 將配料態(tài)的噴漿混凝土裝入到Polycrete Restorations Ltd提供的泵的泵料斗內(nèi)。泵具有75mm直徑的平旋閥，當(dāng)噴注混合物F10和F15時，平旋閥卸料到50mm內(nèi)徑、15m長的軟管中，并通過金屬縮徑部分到38mm內(nèi)徑、30m長的軟管中。當(dāng)噴注混合物F20時，各自的軟管長度為大約8m(50mm直徑)加20m(38mm直徑)。
技術(shù)報告No.2中的表顯示混合物為了被噴注需要11-13MPa的泵液壓操作壓力，其被視為可接受的壓力。在該試驗程序中使用的噴漿混凝土泵具有大約16MPa的最大操作壓力。具有名義上2.0體積％纖維的混合物類型F20在加入上述飛灰和水后通常能令人滿意地被泵送。但是，對于現(xiàn)有設(shè)備和改進(jìn)的基礎(chǔ)混合物，混合物F20達(dá)到了可泵送性的極限。對于混合物F20，噴漿混凝土軟管會由于在50mm到38mm變徑片附近的壓力誘導(dǎo)漿料不足而出現(xiàn)幾處阻塞。
所有纖維都很好地分散在噴漿混凝土中。沒有觀察到成球。噴漿混凝土混合物良好地粘著到施加它們的基底上，沒有脫落。
3.回彈試驗 在2.5立方米(m cube)木框架箱中對所有混合物進(jìn)行回彈試驗，箱襯有成形層(form-ply)，在一個垂直面上有開口。將噴漿混凝土施加到箱背面處的垂直面上，至約600x600見方的面積x100mm深，四個噴注釘劃分噴注區(qū)域?；厥章涞交貜検业装迳系牟牧喜⒆鳛榛貜椢锓Q重。然后移去原地的(in-place)材料并稱重。在整個回彈樣品上和在從原地材料中取得的具有同樣質(zhì)量的代表性樣品上進(jìn)行纖維沖洗試驗。計算下面的參數(shù)1)以kg/m3、體積％和質(zhì)量％表示的配料態(tài)纖維含量；2)以kg/m3、體積％和質(zhì)量％表示的原地纖維含量；3)以kg/m3、體積％和質(zhì)量％表示的回彈物中的纖維；4)纖維回彈(＝所有回彈纖維的質(zhì)量/所有配料纖維的質(zhì)量x100％)；5)纖維保留率(＝原地纖維含量/配料態(tài)纖維含量x100％)。
結(jié)果提供在下面所附的技術(shù)報告No.3中。噴漿混凝土材料的總回彈從12質(zhì)量％變化到19質(zhì)量％，對于具有高含量合成纖維的噴漿混凝土，這是典型的。觀察到回彈隨著纖維加入比例增加而增加的趨勢。纖維保留率從纖維加入比例為名義上1.0體積％的混合物的94％變化到其余兩種混合物的大約80％。這是較有利的纖維保留率，并與別處1試驗的其它高體積合成纖維噴漿混凝土的回彈行為一致。
1Morgan，D.R.，Heere，R.，McAskill，N.，Chan，C.Comparative Evaluationof System Ductility of Mesh and Fiber Reinforced Shotcrete，發(fā)表在Engineering Foundation，Shotcrete for Underground Support VIII Conference，Campos do

，Brazil，11-15，1999年4月 噴漿混凝土生產(chǎn) 1.ACI試驗板 以偏離垂直方向稍微傾斜的角度噴注每種混合物的一個標(biāo)準(zhǔn)600x600x125mm試驗板。板具有45°傾斜邊，以有助于回彈物的離開和板從模殼上的剝離。在塑料薄膜下于現(xiàn)場濕固化板2天。在當(dāng)時，通過從這些板中用金剛石取芯獲得用于壓縮強度試驗和ASTM C642沸騰吸收和可滲透空隙體積試驗的芯試樣。另外，從這些板中用金剛石鋸切割用于按ASTMC1018進(jìn)行韌度試驗的一組三個100x100x350mm的梁。將試樣在陳化4天時移動到實驗室中的霧室中，它們在那里在23+/-2℃下濕固化直到試驗時間。
2.Australian Round Panel試驗 噴注每種混合物的一個Australian Round Panel。板具有800mm的直徑和大約80mm厚。噴注后，用木制2x4(two by four)整平板表面，并用鋼泥刀精整至光滑的表面光潔度。在現(xiàn)場在塑料薄膜下濕固化板4天，然后移到霧室中，在23+/-2℃和100％相對濕度下貯存直到試驗時間。
3.南非水床試驗 噴注每種混合物的尺寸為1600x1600x80mm厚的一個試驗板?？障冻尚卧O(shè)備(void former)放在相距1000mm處，即在錨固螺栓能透過以限制板在水床位置上的試驗過程中自由垂直移動的位置處。在垂直方向上噴注板，并最后加工至等同于澆注混凝土表面光潔度，使用2x4整平，使用鋼泥刀精整。初凝后，用塑料薄膜蓋住噴漿混凝土板，并保持水分保護(hù)7天。在陳化21天時從模殼上剝離板，并在陳化28天時的試驗前使其再現(xiàn)場固化8天。
硬化噴漿混凝土性能 1.ASTM標(biāo)準(zhǔn)試驗 a.壓縮強度 從每個標(biāo)準(zhǔn)ASTM試驗板中取六個直徑75mm、長約110mm的芯，按CSA A23.2-14C(等效于ASTM C42)測試壓縮強度。測試結(jié)果提供在下面的技術(shù)報告No.4中。所有這三種噴漿混凝土混合物在7天時都獲得大約48MPa的壓縮強度。下面的表顯示了獲得的壓縮強度對預(yù)測(根據(jù)混合物比例和噴注態(tài)含氣量)的壓縮強度的比，以說明纖維加入比例對混合物壓縮強度的任何影響。
顯然，纖維加入比例對壓縮強度沒有明顯影響。
b.沸騰吸收(boiled absorption)和可滲透空隙體積 在10天時在三個梁末端被鋸下部分上進(jìn)行的試驗的結(jié)果提供在下面的附加技術(shù)報告No.5中。沸騰吸收的值從4.4％到4.9％，可滲透空隙的體積從9.5％到10.6％。與為結(jié)構(gòu)品質(zhì)噴漿混凝土通常規(guī)定的最大限即沸騰吸收為8.0％和可滲透空隙體積為17.0％相比，這些結(jié)果是非常低的。這些結(jié)果為具有低滲透性的致密耐用噴漿混凝土的指示。
c.抗彎強度和韌度 在7天時對所有混合物在三個公稱100x100x350mm的梁裝置上按ASTM C10182進(jìn)行抗彎強度和韌度測試，在300mm負(fù)荷跨距上利用第三點負(fù)荷測試。測試結(jié)果提供在圖15-26中，并列在下面的技術(shù)報告No.6a-6f中。結(jié)果顯示了初裂和最終抗彎強度和ASTM C1018韌度指數(shù)和由這些指數(shù)計算的殘余強度因子。還顯示了日本韌度參數(shù)和韌度性能水平3。
2開路控制加載方式除外 3Morgan，D.R.，Chen，L.，和Beaupré，D.，Toughness of Fiber reinforcedShotcrete，ASCE 結(jié)果顯示，在高達(dá)約0.5mm的變形時，在負(fù)荷對撓度響應(yīng)中存在一定的不穩(wěn)定性。這主要歸因于試驗機在開路模式下的操作。下面的表匯總了三種被測試混合物的抗彎強度和韌度性能。
*利用增加的飛灰含量產(chǎn)生這種混合物 **先前產(chǎn)生混合物F2，并在AGAR測試，見我們的報告VA04526 混合物的抗彎強度超過通常為西加拿大噴漿混凝土建筑工程指定的最小值4MPa。噴漿混凝土的日本韌度因子和韌度性能水平顯示出纖維用量和延性之間的良好相關(guān)性。纖維在較高水平下表現(xiàn)并與水泥基材形成良好的粘結(jié)。纖維還形成它們載荷能力的大部分，如斷裂面中的大量斷裂纖維所示。
2.Australian板試驗 7天時，在圓板試驗機上測試Australian圓板。板被靜止地明確支撐在三個對徑向移動(在水平面中)最小約束的轉(zhuǎn)動支架上。用桿固定的LVDT測量板的中心撓度，同時用80kN測力計測定負(fù)荷。計算機連續(xù)記錄試驗數(shù)據(jù)。對于試驗裝置和試驗方法的更詳細(xì)描述，參見文獻(xiàn)1。圖27-29提供了負(fù)荷撓度曲線圖，下面的技術(shù)報告No.7提供了試驗結(jié)果。
下面的表匯總了重要的試驗數(shù)據(jù)，并將它們與用市售合成纖維增強的噴漿混凝土的公布數(shù)據(jù)(文獻(xiàn)1)作比較。
斜體字腳注1文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，試驗期>28天 試驗結(jié)果表明，提高本發(fā)明纖維的加入比例降低了噴漿混凝土的最終負(fù)荷能力。配料態(tài)時本發(fā)明纖維體積加入比例從1.0體積％增加到1.5體積％和1.9體積％，分別增加試樣的最大斷裂后負(fù)荷(maximum post-crackload)20％和50％，并分別增加40mm中心撓度總體吸收能22％和43％。
Shotcrete for Underground Support VII，Telfs，Austria，1995，66-87頁 試驗結(jié)果還表明，當(dāng)與Synthetic Industries S-152HPP纖維比較時，本發(fā)明的混雜合成纖維在1.0體積％加入比例下提供了優(yōu)良的性能。
3.南非水床試驗 在從Kirsten4發(fā)展的南非水床試驗改進(jìn)的AGRA水床反應(yīng)框架上測試1600x1600x76mm板。試驗裝置包括具有鋼約束的增強橡膠水床的增強混凝土底座、高抗拉強度反應(yīng)螺栓和100x100x10mm的錨固螺栓板。反應(yīng)螺栓，其類似于錨固螺栓，定位在1000mm方格子上。通過用成對液壓千斤頂定位四個方形中空型鋼側(cè)面來支撐板的四個懸臂邊以抵抗向下運動。
通過安裝在鋁橋并連接到板中心環(huán)氧樹脂膠合溝上的收縮伸長計測量板的中心點撓度。壓力傳感器連續(xù)監(jiān)測水床中的水壓，其與施加到噴漿混凝土試驗板上的負(fù)荷相關(guān)。計算機連續(xù)記錄負(fù)荷和撓度信號。然后分析數(shù)據(jù)，并使用數(shù)據(jù)繪制負(fù)荷對撓度的曲線。通過撓度(卷尺)和水壓(模擬壓力計)的機械測量校驗電子監(jiān)測的數(shù)據(jù)。施加負(fù)荷至總變形為150mm需要總計約40分鐘。
4Kirsten，H.A.D.，System Ductility of Long Fiber Reinforced Shotcrete，Report prepared for Shotcrete Working Group，South Africa，1997年27頁，和附錄 除了連續(xù)監(jiān)測負(fù)荷對板的中心撓度響應(yīng)外，還記錄裂縫形成的順序。還記錄到裂縫寬度隨撓度增加而發(fā)展。
結(jié)論 上面列出的試驗結(jié)果表明，本發(fā)明的混雜纖維令人驚奇地表現(xiàn)出超過已知增強纖維的良好物理性能?？衫檬褂?8mm內(nèi)徑噴嘴的標(biāo)準(zhǔn)噴漿混凝土設(shè)備和配料態(tài)纖維加入比例為1.0-1.9體積％配料、泵送和噴注本發(fā)明的混雜纖維(60mm長)。與素噴漿混凝土混合物相比，該研究中使用的纖維用量似乎未明顯影響噴漿混凝土的壓縮強度、抗彎強度和沸騰吸收值和可滲透空隙體積。但是，隨著纖維加入比例增加，確實顯露出圓噴漿混凝土板預(yù)開裂載荷能力降低的趨勢。試驗結(jié)果表明，纖維可在高質(zhì)量噴漿混凝土中顯現(xiàn)它們充分的韌性(抗拉強度能力)。另外，纖維和噴漿混凝土基材之間的粘結(jié)顯示足以防止纖維從大多數(shù)纖維中拔出生成裂縫。此外，用1.0-1.9體積％的混雜纖維增強的噴漿混凝土的總體延性顯示比得上其它市售高性能單絲合成纖維。此外，試驗結(jié)果表明，具有1.0體積％混雜纖維的噴漿混凝土能提供需要中等耐開裂后負(fù)荷的噴漿混凝土建筑工程可接受的韌度和系統(tǒng)延性，如在一些地層支護(hù)和斜坡穩(wěn)定工程中，和在構(gòu)造小港、河堤和壩的侵蝕控制中。具有1.5體積％混雜纖維的噴漿混凝土能提供顯示出等效于一些高質(zhì)量鋼纖維或焊接鋼絲網(wǎng)增強的噴漿混凝土的韌度和系統(tǒng)延性，尤其在較大裂縫寬度時。另外，具有1.9體積％混雜纖維的噴漿混凝土能提供表現(xiàn)等效于或好于一些高質(zhì)量鋼纖維和焊接鋼絲網(wǎng)增強的噴漿混凝土的韌度和系統(tǒng)延性，尤其在較大裂縫寬度時。
技術(shù)報告No.1 主題基礎(chǔ)濕攪拌噴漿混凝土混合物比例，SSD條件
規(guī)定28天強度＝40MPa W/(C+SiF+FA)比＝0.38 坍落度(加入超塑化劑和纖維后)＝70±20mm 技術(shù)報告No.1a 主題配料態(tài)噴漿混凝土混合物比例 批料標(biāo)識F10計算的纖維含量[vol％]1.01％ 批料大小(袋)14水/膠結(jié)材料比0.33
技術(shù)報告No.1b 主題配料態(tài)噴漿混凝土混合物比例 批料標(biāo)識F15計算的纖維含量[vol％]1.51％ 批料大小(袋)14水/膠結(jié)材料比0.33
技術(shù)報告No.1c 主題配料態(tài)噴漿混凝土混合物比例 批料標(biāo)識F20計算的纖維含量[vol％]1.90％ 批料大小(袋)14水/膠結(jié)材料比0.34
技術(shù)報告No.2 主題現(xiàn)場條件和新澆噴漿混凝土性能
n.a.＝不可得 *混合物還包含用于增強泵送性的飛灰和水 **基于配料態(tài)含氣量的估計值 技術(shù)報告No.3 主題噴漿混凝土和纖維回彈
技術(shù)報告No.4a 混雜纖維噴漿混凝土評價 主題有芯(cored)噴漿混凝土試樣按CSA A23.2-14C的壓縮強度 芯直徑[mm]＝75 技術(shù)報告No.5 主題ASTM C642沸騰吸收和可滲透空隙體積 技術(shù)報告No.6a 主題ASTM C1018韌度參數(shù)和殘余強度因子 纖維類型混雜合成纖維 纖維添加比例1.0體積％
N.A.＝由于初裂后大的初始變形而不能得到 技術(shù)報告No.6b 主題日本韌度參數(shù)和韌度性能水平 纖維類型混雜合成纖維 纖維添加比例1.0體積％
技術(shù)報告No.6c 主題ASTM C1018韌度參數(shù)和殘余強度因子 纖維類型混雜合成纖維 纖維添加比例1.5體積％
N.A.＝由于初裂后大的初始變形而不能得到 技術(shù)報告No.6d 主題日本韌度參數(shù)和韌度性能水平 纖維類型混雜合成纖維 纖維添加比例1.5體積％
技術(shù)報告No.6e 主題ASTM C1018韌度參數(shù)和殘余強度因子 纖維類型混雜合成纖維 纖維添加比例1.9體積％
N.A.＝由于初裂后大的初始變形而不能得到 技術(shù)報告No.6f 主題日本韌度參數(shù)和韌度性能水平 纖維類型混雜合成纖維 纖維添加比例1.9體積％
技術(shù)報告No.7 主題Australian圓板試驗結(jié)果 Australian圓板試驗
實施例3 分析用本發(fā)明的纖維增強的混凝土混合物的性能特征、強度和韌度。澆注了使用四種纖維用量(0.5，1.0，1.5，2.0，以體積％計)的大量三維增強混凝土試樣(梁和柱)，并測試評價強度和韌度特征。強度試驗包括壓縮強度、抗彎強度(斷裂模量)、初裂強度和沖擊強度。評價的韌度性能為彈性模量。韌度指數(shù)I5、I10、I20、I30和殘余強度按照ASTM C1018試驗過程計算，彎曲韌度因子(flexural toughness factor)(JCI)和等效抗彎強度按照J(rèn)apaneseSociety of Civil Engineers標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范計算。還使用新的試驗方法(ASTMC1399-98)測定用四種不同量的本發(fā)明纖維增強的混凝土混合物的平均殘余強度。
制造總共四種混合物，每種纖維含量一種。基礎(chǔ)混合物比例對全部四種混凝土混合物相同，除了兩種混合物具有1.5體積％和2.0體積％的纖維，通過增加水灰比提高加工性。混合纖維增強的混凝土混合物，靜置，搗實(consolidation)，精加工，并在相同條件下熟化。試驗結(jié)果表明，對于全部四種混合物，沒有因加入建議量的纖維引起的成球或離析。試驗結(jié)果表明，當(dāng)纖維含量從0.5體積％增加到2.0體積％時，抗彎強度有顯著增加，初裂強度有些微增加。當(dāng)纖維含量增加時，ASTM韌度指數(shù)和日本韌度因子和等效的抗彎強度也顯著增加。對于纖維含量的增加，沖擊強度也有顯著增加。試驗結(jié)果還表明，當(dāng)纖維含量增加時，得到非常高的平均殘余強度(ARS)(ASTM C1399)，ARS值增加。對于0.5體積％、1.0體積％、1.5體積％、2.0體積％的纖維含量，ARS值分別為234psi(16.45kg/cm2)、451psi(31.71kg/cm2)、454psi(31.92kg/cm2)和654psi(45.98kg/cm2)。總之，以同等重量或成本基礎(chǔ)比較，摻有本發(fā)明纖維的增強混凝土的性能類似于和/或好于用市場上可得到的最好鋼纖維增強的混凝土。進(jìn)行下面的性能相關(guān)試驗以測定本發(fā)明纖維的物理特性1)具有不同纖維用量的新澆混凝土的性能；2)硬化混凝土的性能如壓縮強度、靜態(tài)模量、靜態(tài)抗彎強度和容重；3)借助負(fù)荷撓度曲線通過ASTM方法的韌度指數(shù)；4)四種纖維增強混凝土的負(fù)荷撓度曲線的比較；5)按照J(rèn)apanese Society of Civil Engineers規(guī)范計算的韌度因子和等效抗彎強度的比較；和6)按照ASTM C 1399試驗過程評價由全部四種混合物制備的試樣的平均殘余強度(ARS)。
材料 在該實驗中使用并測試本文描述的混雜纖維。使用滿足ASTM C 150要求的I/II型普通波特蘭水泥。水泥由Dakotah Cement，South Dakota提供。使用的粗骨料為粉碎的石灰石，從Rapid City，South Dakota的本地源得到。所用骨料的最大尺寸為19mm(3/4”)，吸收率為0.45％。使用的細(xì)骨料為天然砂，水吸收系數(shù)為1.6％。粗骨料和細(xì)骨料都符合ASTM C33的分級要求。使用的水為Rapid City Municipal供水系統(tǒng)的自來水。
混合物 制備總共四種混合物。加入到混凝土的纖維用量為混凝土的0.5體積％、1.0體積％、1.5體積％和2.0體積％。對于具有0.5體積％和1.0體積％纖維的兩種混合物，水灰比保持恒定在0.5，對于具有更高纖維用量(1.5體積％和2.0體積％)的混凝土，水灰比增加到0.55。混合物比例和名稱提供在下面的表4中。
混合過程 在9立方英尺容量的混合機中進(jìn)行全部混合。精確稱量纖維并存放在單獨的塑料容器中。首先制備緩沖混合物。接著，將粗骨料加入到混合機內(nèi)。然后，加入砂和三分之二的水，并混合1分鐘。然后與其余的三分之一水一起加入水泥。加入本發(fā)明的纖維，混合成分3分鐘。3分鐘靜置期后，混合物經(jīng)歷2分鐘的最后混合階段以完全分布纖維。
測試試樣 由每種混合物澆注下面的試樣1)用于ASTM韌度試驗的四個101x101x356mm(4英寸x4英寸x14英寸)梁；2)用于ARS試驗(ASTM C 1399)的四個101x101x356mm(4英寸x4英寸x14英寸)梁；3)用于壓縮強度和靜態(tài)模量的三個152x304mm(6英寸x12英寸)柱；4)用于沖擊試驗的10個152x63mm(6英寸x2.5英寸)柱。按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)澆注試樣，并在室溫下用塑料薄膜蓋24小時。然后將試樣放在石灰飽和的保持在22.22℃(72℉)的水槽中，并保持在水中直到測試它們的14天強度。
新澆混凝土測試 測試新混合混凝土的坍落度(ASTM C143)、含氣量(ASTM C231)、新澆混凝土容重(ASTM C 138)和混凝土溫度。沒有觀察到由于加入纖維引起的成球或離析。
硬化混凝土測試 1.靜態(tài)模量和壓縮強度 測試柱在28天時的靜態(tài)模量(ASTM C649)和壓縮強度(ASTM C39)。
2.靜態(tài)彎曲試驗 在28天時測試梁的靜態(tài)抗彎強度(ASTM C 1018)?？缍染嚯x為12英寸(30.5cm)。這個試驗為撓度控制的試驗。按照ASTM C 1018，撓曲速率保持在0.002-0.004英寸/分鐘(0.005-0.010厘米/分鐘)的范圍內(nèi)。記錄每個梁的初裂處負(fù)荷和達(dá)到的最大負(fù)荷。由得到的負(fù)荷和撓度，繪制負(fù)荷-撓度曲線，通過ASTM方法從其計算韌度指數(shù)和殘余強度因子。
使用符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的試驗裝置進(jìn)行撓度測量。使用專門設(shè)計的框架安裝千分表。這個框架只在四個點處被支撐，并在支撐物上方的中性軸上。固定千分表使得它能接觸底面的中心點。這種布置允許測量排除任何由混凝土在支撐和負(fù)荷點處粉碎引起的額外變形和試驗框架中引起的任何變形和應(yīng)變的真實撓度。由于撓度是在中點處測量，因此梁的任何輕微翹曲或扭曲都不影響測量的真實撓度。因而測量的撓度是梁的真實撓度。
3.負(fù)荷撓度行為 曲線下的面積代表梁吸收的能量。對于初裂前和初裂后的數(shù)據(jù)都繪制負(fù)荷撓度曲線。通過使用這些曲線計算韌度指數(shù)和殘余強度指數(shù)。
4.彎曲韌度(能量吸收) 通過加入纖維可相當(dāng)大地提高混凝土的韌度或能量吸收。韌度指數(shù)為在斷裂模量試驗中撓曲100mm(4英寸)梁所需能量量的度量?？刂评w維增強混凝土韌度指數(shù)的最重要變量為纖維效率。影響韌度指數(shù)的其它參數(shù)為裂縫位置、纖維類型、纖維的縱橫比、體積分?jǐn)?shù)和分布。利用纖維抽出基材的阻力控制纖維效率，阻力是由于纖維基材界面處的粘結(jié)強度形成的。與可能發(fā)生的較快速和突變失效(如果纖維是脆性的并具有很小或沒有伸長率地在受拉時失效的話)相比，纖維的抽出型失效的優(yōu)點在于它是漸進(jìn)的和延性的。纖維抽出或斷裂取決于纖維的屈服強度、基材和纖維之間的粘結(jié)和固定。
韌度指數(shù)(ASTM C1018)為無因次參數(shù)，其定義或指紋圖示出負(fù)荷撓度曲線的形狀。根據(jù)三種使用壽命定義指數(shù)，并確定為初裂撓度的倍數(shù)。通過除負(fù)荷撓度曲線下直到初裂撓度的總面積計算指數(shù)。在初裂撓度的三倍處計算韌度指數(shù)I5。同樣，I10、I20和I30分別為直到初裂撓度5.5、10.5和15.5倍處的指數(shù)。
5.平均殘余強度試驗 在對試樣加載前，設(shè)定壓板或十字頭移動的速度為0.65+/-0.15mm/min(0.025+/-0.005in/min)，必要時使用機械千分表。使樣品梁向相對于它的成型位置側(cè)轉(zhuǎn)，并放在鋼板的上面用試樣加負(fù)荷。板和梁被放在支撐裝置上，從而鋼板在下面的承重塊中心上，混凝土梁集中在鋼板上。根據(jù)選擇的裝置調(diào)整位移傳感器以得到凈撓度。在試驗中使用Mega-Dac數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(注不銹鋼板的目的是在初始負(fù)荷循環(huán)中支撐試驗梁并幫助控制開裂時預(yù)料的試樣高撓曲速度。在鋼板中設(shè)置中心孔以容納放置直接靠著試樣底部的位移傳感器探針。) 激活數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，它響應(yīng)全部負(fù)荷和位移傳感器的信號。然后，以設(shè)定速度為試樣和鋼板組合加負(fù)荷，并持續(xù)負(fù)荷直到試樣開裂或達(dá)到0.50mm(0.02in)的撓度，無論哪個首先發(fā)生。如果在這個階段沒有發(fā)生開裂，則試驗被視為無效。按照試驗方法C78，不使用最大負(fù)荷計算斷裂模量，因為這種負(fù)荷包括鋼板以及混凝土試樣帶來的負(fù)荷。
預(yù)想到只為開裂的梁試樣重新加負(fù)荷，移去鋼板，開裂的梁放到下面的承重塊中心上，承重塊保持與在初始加載試驗循環(huán)期間相同的方向。按照得到凈撓度的選定方法調(diào)整位移傳感器輕微接觸梁樣品，從而當(dāng)梁再負(fù)荷時立即得到讀數(shù)。使撓度記錄裝置再次回到零，并在規(guī)定速度下再加負(fù)荷。在從再負(fù)荷開始測量的撓度為1.25mm(0.50in)時終止試驗。
使用Excel包繪制圖形，通過下面給出的式計算殘余強度。
試驗儀器和設(shè)置 試驗儀器滿足ASTM標(biāo)準(zhǔn)。使用專門設(shè)計的框架安裝具有0.0025-mm(0.0001-in)分辨度的千分表。該框架只支撐在四個點上，并位于支撐的中性軸上。固定千分表使得它正接觸底面的中心點。這種布置使真實撓度的測量成為可能，排除了任何由于混凝土在支撐和負(fù)荷點的粉碎引起的額外變形和任何在試驗框架中誘導(dǎo)的變形和應(yīng)變。由于撓度是在中心點處測得，因此梁的任何輕微翹曲或扭曲都不會影響測量的真實撓度。除了千分表外，還安裝LVDT，并通過數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)記錄撓度。這些讀數(shù)用于校驗千分表讀數(shù)。
計算 使用下式計算再負(fù)荷撓度為0.50、0.75、1.00和1.25mm(0.02、0.03、0.04和0.05in)時負(fù)荷的平均殘余強度 ARS＝((PA+PB+PC+PD)/4)x K 其中K＝1/bd2，mm-2(in-2) 和ABS＝平均殘余強度，Mpa(psi) PA+PB+PC+PD＝指定撓度時的記錄負(fù)荷，N(lbf) l＝跨度長度，mm(in) b＝試樣平均寬度，mm(in)和 d＝試樣平均深度，mm(in) 沖擊試驗 通過落錘試驗方法(ACI Committee 544)測試試樣在陳化14天時的沖擊強度。在這種方法中，設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)手動操作的具有457mm(18in)落差(drop)的4.54kg(10lbs)重物(壓實工具)、63.5mm(2-1/2in)直徑的硬化鋼球、具有定位支架和四個定位突緣的扁鋼底座組成。將試樣放在底座上，它的粗糙表面向上。將硬化鋼球放在試樣上面并在四個定位支架內(nèi)。放置壓實工具，其底在鋼球上。在平的剛性表面上進(jìn)行試驗以最小化能量損失。使錘連續(xù)降落，記錄在試樣上導(dǎo)致第一個可見裂縫需要的擊打次數(shù)。還用使裂縫充分?jǐn)嚅_從而試樣片接觸底座上四個定位突緣中至少三個所需要的擊打次數(shù)來記錄試樣至最終斷裂的沖擊阻力。
試驗結(jié)果 1.新澆混凝土性能 記錄室內(nèi)溫度、濕度和混凝土溫度，確保所有混合在相似條件下進(jìn)行。室內(nèi)溫度和濕度分別在65℉-85℉和35％-45％的范圍內(nèi)變化?；炷翜囟葟?5變化到73℉(18.3-22.8℃)。較高量纖維混凝土的容重稍微低于具有較低纖維量的混凝土。新澆混凝土性能提供在表5中。
2.可加工性 試驗結(jié)果表明，即使加入纖維，也能保持令人滿意的可加工性?；炷猎诩s40-45分鐘內(nèi)開始硬化。纖維混合良好并均勻地分布在整個混凝土中。總之，沒有橋連、泛漿或離析。即使坍落度值隨著纖維的加入表現(xiàn)出降低趨勢，在使用臺式振動器放置并搗實混凝土中也沒有遇到困難。
3.含氣量 含氣量從1.4到1.8％。沒有使用加氣劑。因此測得的空氣被認(rèn)為是殘存空氣。
硬化混凝土性能 1.壓縮強度&靜態(tài)模量試驗 壓縮強度試驗的結(jié)果列在表6中，并顯示存在壓縮強度變化。壓縮強度取決于水灰比和含氣量。如果水灰比較低，則壓縮強度將較高。同樣，如果含氣量較高，則壓縮強度將較低。具有0.50w/c比的混合物E1和E2的平均壓縮強度分別為4960psi(349kg/cm2)和4760psi(335kg/cm2)。這種輕微變化在混凝土試驗預(yù)料的正常變化內(nèi)。具有0.55w/c比的混合物E3和E4的平均壓縮強度分別為3570psi(251kg/cm2)和3860psi(271kg/cm2)。
由于混凝土壓縮強度變化，為了比較在相等壓縮強度基礎(chǔ)上的所有混凝土混合物的抗彎強度、初裂強度和初裂韌度，使用歸一化過程。在混合物E1的壓縮強度上進(jìn)行比較，E1為4960psi(349kg/cm2)。在文獻(xiàn)和代碼中已很好地確立混凝土的抗彎強度與混凝土壓縮強度的平方根成比例地變化(ACI代碼318)。因此，為了計算歸一化抗彎強度，使用下面的方程。
其中fra為實際測量的抗彎強度，f’c為這種具體混凝土的壓縮強度。表7-9中給出的值為歸一化值。與素混凝土的脆性斷裂相比，在測試壓縮強度的同時觀察到韌性斷裂模式。纖維增強的混凝土柱繼續(xù)支撐負(fù)荷并經(jīng)歷變形而沒有完全斷成塊。斷裂模式從脆性斷裂到韌性斷裂的變化主要歸功于纖維的加入。
靜態(tài)模量試驗主要作為質(zhì)量控制的手段。結(jié)果表明，混合物相當(dāng)一致，纖維的加入對靜態(tài)模量沒有影響。靜態(tài)模量值提供在表6中。
2.靜態(tài)抗彎強度(斷裂模量) 靜態(tài)抗彎強度試驗結(jié)果、初裂負(fù)荷、最終負(fù)荷和彎曲應(yīng)力提供在表7中。當(dāng)纖維混凝土梁在彎曲下被施加負(fù)荷時，行為大致為線性，直到初裂，然后曲線為顯著非線性的，并在極限強度處或在最大持續(xù)負(fù)荷處達(dá)到它的峰值。相反，對照(素)混凝土梁將在初裂出現(xiàn)時立即斷裂，因此初裂強度和抗彎強度(斷裂模量)對于對照混凝土是一樣的。顯著影響抗彎強度和韌度的因素是纖維類型和纖維體積。初裂強度變化對纖維含量示于圖7中。如圖所示，當(dāng)纖維含量從0.5％增加到2.0％時，初裂強度增加。斷裂模量(靜態(tài)抗彎強度)對纖維含量示于圖8。如圖所示，對于1.5％和2.0％的纖維含量，抗彎強度顯著增加?；旌衔顴1和E2的平均抗彎強度分別為643psi(45kg/cm2)和658psi(46kg/cm2)，而對于混合物E3和E4，強度分別為720psi(51kg/cm2)和731psi(51kg/cm2)，有13.7％的增加。
3.ASTM韌度指數(shù)和殘余強度 計算的ASTM韌度指數(shù)和殘余強度提供在表8中。初裂韌度對纖維含量示于圖9，ASTM韌度指數(shù)I5、I10、I20和I30示于圖10。試驗結(jié)果表明，當(dāng)向混凝土中加入本發(fā)明的纖維時，混凝土的韌度和延性提高。此外，試驗結(jié)果表明，較高的纖維含量產(chǎn)生較高的韌度和延性。
4.計算彎曲韌度因子和等效抗彎強度的日本標(biāo)準(zhǔn)方法 除了ASTM C-1018韌度指數(shù)外，還計算所有試樣的由Japanese Societyof Civil Engineers(JSCE)指定的等效抗彎強度和彎曲韌度，并提供在表9中。日本韌度和等效彎曲強度隨纖維含量從0.5體積％增加到2.0體積％的變化分別示于圖11和12。結(jié)果表明，存在韌度和等效抗彎強度隨纖維含量增加而增加的非常清楚的指示，并且這種增加與纖維含量的增加大致成線性。當(dāng)纖維含量從0.5％增加到2.0％時，韌度從108in-lbs(1.24kg-m)增加到304in-lbs(3.5kg-m)。纖維含量從0.5％增加到2.0％時，等效抗彎強度從244psi(17.2kg/cm2)增加到679psi(47.7kg/cm2)。
5.沖擊強度 落錘(ACI Committee 544)沖擊試驗結(jié)果提供在表10中。初裂和最終斷裂的沖擊次數(shù)對纖維含量示于圖14。通過較簡單的試驗，如果測試較多的10個試樣，則平均值定性地代表材料耐沖擊性的良好指標(biāo)。試驗每種混凝土的試樣，平均值繪制在圖14中。耐沖擊性隨纖維含量的增加而相當(dāng)大地增加。從前面的試驗已明確得知，素混凝土耐沖擊性將是具有0.25-2.0體積％的纖維混凝土耐沖擊性的1/6至1/15。
6.平均殘余強度 試驗四個梁的纖維含量。梁的平均寬度和深度、在撓度為0.50、0.75、1.0和1.25mm(0.020、0.030、0.040、0.050英寸)時再負(fù)荷得到的負(fù)荷和平均殘余強度(ARS)提供在表11中。通過再負(fù)荷和再試驗預(yù)開裂梁(沒有鋼板)得到的負(fù)荷-撓度曲線提供在圖15-26中。全部四種纖維增強混凝土的計算ARS值示于圖7中。試驗結(jié)果表明，平均殘余強度隨纖維含量增加而相當(dāng)大地增加。對于0.5、1.0、1.5和2.0體積％的纖維含量，ARS值分別為234psi(16.5kg/cm2)、451psi(31.7kg/cm2)、454psi(31.9kg/cm2)和654psi(46.0kg/cm2)。當(dāng)纖維含量從0.5體積％增加到2.0體積％時，可看到獲得180％的ARS增加。
由于ARS值只歸因于纖維的影響，與混凝土的壓縮強度無關(guān)，因此ARS值未被歸一化。混合物E1(具有0.5％的纖維)和E2(具有1.0％的纖維)分別具有4960psi和4760psi的壓縮強度，而混合物E3(具有1.5％的纖維)和E4(具有2.0％的纖維)具有較低的壓縮強度，分別為3570psi(251kg/cm2)和3860psi(271kg/cm2)。盡管這些壓縮強度較低，觀察到了ARS的顯著增加。
結(jié)論 上面討論的試驗結(jié)果導(dǎo)致下面的結(jié)論和觀察。首先，可在混凝土中摻入本發(fā)明的混雜纖維高達(dá)2.0體積％，而不會導(dǎo)致任何成球、堵塞和離析。另外，利用加入用量為0.5、1.0、1.5和2.0體積％的四種纖維含量，保持了令人滿意的可加工性。與素混凝土相比，初裂強度、抗彎強度和ASTM韌度與日本韌度值都有相當(dāng)大的增加。初裂強度隨較高的纖維含量增加。此外，與素混凝土相比，當(dāng)本發(fā)明的纖維摻入到混凝土中時，耐沖擊性大大提高。耐沖擊性隨纖維含量增加而提高。重要地是，通過使用本發(fā)明的纖維獲得的耐沖擊性與具有體積百分比纖維含量的最好鋼纖維增強混凝土相同或高于它。另外，對于使用本發(fā)明纖維的全部纖維增強混凝土混合物，當(dāng)被壓縮或彎曲時，斷裂模式從脆性斷裂變?yōu)轫g性斷裂。這種韌性隨纖維含量增加而增加。此外，摻有本發(fā)明纖維的混凝土按ASTM C 1399試驗過程計算的平均殘余強度(ARS)非常高，這表明纖維在支撐開裂后負(fù)荷上非常有效。ARS值隨纖維含量增加而增加。當(dāng)纖維含量從0.5體積％增加到2.0體積％時，ARS值增加180％。盡管壓縮強度從4960psi(349kg/cm2)降低到3860psi(271kg/cm2)，但仍發(fā)生這種增加。因此，在相等重量或成本基礎(chǔ)上比較，本發(fā)明的纖維增強混凝土混合物的性能類似于或超過用市場上可得到的最好鋼纖維增強的混凝土。
表4 混合物比例
表5 新澆混凝土性能 SI單位轉(zhuǎn)換 1in＝2.54cm ℉＝5/9(℉-32)℃ ft3＝0.02832m3 lb/ft3＝16.02kg/m3 表6 圓柱體壓縮強度和靜態(tài)模量 SI單位轉(zhuǎn)換 1inch＝2.54cm 1lb＝0.4536kg 1psi＝703kg/m2lb/ft3＝16.02kg/m3 表7 初裂強度和最大抗彎強度-14天
SI單位轉(zhuǎn)換 1inch＝25.4mm 1lb＝0.4536kg 1psi＝703kg/m2
表9 日本標(biāo)準(zhǔn)-韌度&等效抗彎強度-14天 *作為非正常值刪除 轉(zhuǎn)換因子 1psi＝703kg/m2 1in-lb＝0.113Nm 表10 沖擊試驗結(jié)果-14天

如上所述，期待本發(fā)明的纖維組合物的實施方案能為各種膠結(jié)材料包括瀝青基材料提供改進(jìn)的性能。例如，在瀝青路面試驗片中使用量為約2.0至約3.3磅/噸的本發(fā)明實施方案連同油乳劑和骨料(3/8”(1cm)石灰石碎片)，并監(jiān)測由典型環(huán)境磨損和使用引起的表面損傷和破壞。試驗片為全寬度(路面邊緣到路面邊緣)。沒有使用本發(fā)明纖維組合物的冷拌混合料瀝青路面出現(xiàn)了表面損傷，如在斜坡、轉(zhuǎn)彎和新鋪設(shè)道路的陰暗區(qū)上散開。表面損傷是由歸因于重型車軸負(fù)荷如卡車和農(nóng)場設(shè)備運輸?shù)目v向和橫向分離引起的。道路養(yǎng)護(hù)車輛如掃雪機和它們的除雪方法加重了表面損傷。試驗結(jié)果表明，確實使用了本發(fā)明纖維組合物的瀝青路面區(qū)域相對于沒有使用用本發(fā)明纖維組合物增強的瀝青材料的路面區(qū)域，表現(xiàn)出小的或沒有縱橫或橫向分離。在冷拌混合料瀝青中，認(rèn)為本發(fā)明的實施方案可提高路面使用期限從兩年到三年到高達(dá)十年。
上述實施例說明，本發(fā)明的混雜纖維當(dāng)用于建筑材料如膠結(jié)材料時，能與大多數(shù)或全部現(xiàn)有技術(shù)的增強纖維包括鋼增強纖維表現(xiàn)一樣好或更好。此外，上述試驗說明，較少含量的纖維就能提供大大改善的結(jié)果。這些觀察是令人驚奇和未曾預(yù)料的。
本發(fā)明的合成纖維增強材料和形成它的方法可用于形成由例如膠結(jié)材料形成的建筑材料，這種建筑材料表現(xiàn)出降低的滲透性、提高的疲勞強度、提高的韌度和減少的塑性收縮。
盡管上述描述已必要地提供了有限量的發(fā)明實施方案，但相關(guān)領(lǐng)域中的那些普通技術(shù)人員能認(rèn)識到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對為說明本發(fā)明特征而在本文中描述和圖示的構(gòu)造、組成、細(xì)節(jié)、材料和元件布置進(jìn)行各種變化，所有這種變化都保持在本文附加權(quán)利要求中所表達(dá)的發(fā)明原理和范圍內(nèi)。另外，盡管上述詳細(xì)描述涉及到增強纖維摻入到膠結(jié)材料如混凝土和瀝青中的實施方案，但應(yīng)認(rèn)識到，本發(fā)明具有更寬泛的應(yīng)用，例如可與能摻入合適增強纖維的全部建筑材料結(jié)合使用。本發(fā)明的所有這種另外應(yīng)用也都在附加權(quán)利要求所體現(xiàn)的發(fā)明原理和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種纖維增強材料，包括
每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)。
2.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述纏繞程度小于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)。
3.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述纏繞程度為大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)至約1.1匝/英寸(約0.43匝/cm)。
4.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述纏繞程度為約1.1匝/英寸(0.43匝/cm)。
5.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述絞線為每個單絲約750但尼爾。
6.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述絞線為由聚丙烯和聚乙烯形成的共聚物。
7.權(quán)利要求6的纖維增強材料，其中所述共聚物為約75至80wt％的聚丙烯和約20至25wt％的聚乙烯。
8.權(quán)利要求6的纖維增強材料，其中所述聚丙烯為低熔點聚丙烯，所述聚乙烯為高密度聚乙烯。
9.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述組分的長度為約19至60mm。
10.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述纖維束為非互連的。
11.權(quán)利要求1的纖維增強材料，其中所述單絲為非原纖維化的。
12.一種膠結(jié)材料用增強物，包括
每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲，所述多根單絲為纏繞構(gòu)造，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)。
13.權(quán)利要求12的纖維增強材料，其中所述纏繞程度小于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)。
14.權(quán)利要求12的纖維增強材料，其中所述纏繞程度為大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)至約1.1匝/英寸(約0.43匝/cm)。
15.權(quán)利要求12的纖維增強材料，其中所述纏繞程度為約1.1匝/英寸(0.43匝/cm)。
16.權(quán)利要求12的纖維增強材料，其中所述膠結(jié)材料為混凝土。
17.一種膠結(jié)材料用增強物，包括
多根聚烯烴單絲，所述多根聚烯烴單絲為纏繞構(gòu)造，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述膠結(jié)材料為瀝青。
18.一種增強的膠結(jié)材料，包括
膠結(jié)體；和
分散在整個膠結(jié)體內(nèi)的纖維組分，所述纖維組分是每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)。
19.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述其中所述纏繞程度小于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)。
20.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述纏繞程度為大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)至約1.1匝/英寸(約0.43匝/cm)。
21.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述纏繞程度為約1.1匝/英寸(0.43匝/cm)。
22.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述絞線為由聚丙烯和聚乙烯形成的共聚物。
23.權(quán)利要求22的纖維增強材料，其中所述共聚物為約75-80wt％的聚丙烯和約20-25wt％的聚乙烯。
24.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述組分的長度為約19-60mm。
25.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述單絲為非原纖維化的，所述纖維束為非互連的。
26.權(quán)利要求18的纖維增強材料，其中所述膠結(jié)體為混凝土。
27.一種增強的膠結(jié)材料，包括
膠結(jié)體；和
分散在整個膠結(jié)體內(nèi)的纖維組分，所述纖維組分是每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述膠結(jié)體為瀝青。
28.膠結(jié)材料用增強材料，其是通過將每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線纏繞形成纖維束以混合到膠結(jié)體中而形成的，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)。
29.權(quán)利要求28的增強材料，其中所述纏繞程度小于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)。
30.權(quán)利要求28的增強材料，其中所述纏繞程度為大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)至約1.1匝/英寸(約0.43匝/cm)。
31.權(quán)利要求28的增強材料，其中所述纏繞程度為約1.1匝/英寸(0.43匝/cm)。
32.權(quán)利要求28的增強材料，其中所述膠結(jié)體為混凝土。
33.膠結(jié)材料用增強材料，其是通過將多根聚烯烴單絲絞線纏繞形成纖維束以混合到膠結(jié)體中而形成的，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述膠結(jié)體為瀝青。
34.一種增強的膠結(jié)材料，包括
分布在膠結(jié)材料基材內(nèi)的合成纖維混合物，所述合成纖維混合物包括
第一纖維組分，該第一纖維組分由均聚物聚丙烯纖維形成；和
與第一纖維組分分離的第二纖維組分，該第二纖維組分為由聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纖維組分為纏繞形成非互連束的多根單絲，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)。
35.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述纏繞程度小于約2.2匝/英寸(約0.87匝/cm)。
36.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述纏繞程度為大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)至約1.1匝/英寸(約0.43匝/cm)。
37.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述纏繞程度為約1.1匝/英寸(0.43匝/cm)。
38.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分為原纖維化的并且其在合成纖維混合物中的存在量為總重量的約5wt％至約50wt％，所述第二纖維組分由一根或多根纏繞的、非纖維化的單絲組成，所述第二纖維組分在合成纖維混合物中的存在量為總重量的約50wt％至約95wt％。
39.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分在合成纖維混合物中的存在量為總重量的約6.7％，所述第二纖維組分在合成纖維混合物中的存在量為總重量的約93.3％。
40.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述合成纖維混合物在膠結(jié)材料中的存在量為約0.1至約2.0體積％。
41.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述合成纖維混合物在膠結(jié)材料中的存在量為約0.5至約2.0體積％。
42.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述合成纖維混合物在膠結(jié)材料中的存在量為約0.3至約2.0體積％。
43.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述膠結(jié)材料為增強的混凝土。
44.權(quán)利要求34的增強的膠結(jié)材料，其中所述膠結(jié)材料為增強的瀝青。
45.權(quán)利要求34的增強膠結(jié)材料，其中所述多根單絲在不存在潤濕劑的情況下纏繞形成非互連的束。
46.權(quán)利要求34的增強膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分與第二纖維組分在不存在潤濕劑的情況下混合。
47.權(quán)利要求34的增強膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分為每個單絲約100至約20,000但尼爾，所述第二纖維組分為每個單絲約350至約6000但尼爾。
48.一種纖維增強材料，包括
每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲絞線在不存在潤濕劑的情況下纏繞形成非互連的束。
49.一種纖維增強材料，包括
每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲絞線形成第一纖維組分，所述纖維增強材料進(jìn)一步包括第二纖維組分，所述第二纖維組分與第一纖維組分分離并且為原纖維化的，所述第二纖維組分由均聚物材料形成。
50.權(quán)利要求49的纖維增強材料，其中所述第一纖維組分存在量為約50至95wt％，所述第二組分存在量為約5至50wt％。
51.權(quán)利要求49的纖維增強材料，其中所述第一纖維組分與第二纖維組分在不存在潤濕劑的情況下混合。
52.權(quán)利要求49的纖維增強材料，其中所述第一纖維組分的纖維長度為約19至60mm，所述第二纖維組分的纖維長度為約19至60mm。
53.權(quán)利要求49的纖維增強材料，其中所述第一纖維組分第二纖維組分的纖維長度相同。
54.權(quán)利要求49的纖維增強材料，其中所述第一纖維組分為由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纖維組分為由均聚物聚丙烯纖維形成的。
55.權(quán)利要求49的纖維增強材料，其中所述第二纖維組分為每個單絲約100至約20,000但尼爾。
56.膠結(jié)材料用增強物，包括
多根聚烯烴單絲，所述多根聚烯烴單絲為纏繞構(gòu)造，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲在不存在潤濕劑的情況下纏繞形成非互連的束。
57.膠結(jié)材料用增強物，包括
多根聚烯烴單絲，所述多根聚烯烴單絲為纏繞構(gòu)造，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲形成第一纖維組分，所述膠結(jié)材料用增強物進(jìn)一步包括第二纖維組分，所述第二纖維組分與第一纖維組分分離并且為原纖維化的，所述第二纖維組分由均聚物材料形成。
58.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中所述第一纖維組分的存在量為約50至95wt％，所述第二纖維組分的存在量為約5至50wt％。
59.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中第一纖維組分與第二纖維組分在不存在潤濕劑的情況下混合。
60.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中所述第一纖維組分的纖維長度為約19至60mm，所述第二纖維組分的纖維長度為約19至60mm。
61.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中所述第一纖維組分第二纖維組分的纖維長度相同。
62.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中所述第一纖維組分為由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纖維組分為由均聚物聚丙烯纖維形成的。
63.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中所述第一纖維組分為每個單絲約350至約6000但尼爾，所述第二纖維組分為每個單絲約100至約20,000但尼爾。
64.權(quán)利要求57的膠結(jié)材料用增強物，其中所述第一纖維組分由約70-80wt％的聚丙烯和約20-30wt％的高密度聚乙烯形成。
65.一種增強的膠結(jié)材料，包括
膠結(jié)體；和
分散在整個膠結(jié)體內(nèi)的纖維組分，所述纖維組分是每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲絞線在不存在潤濕劑的情況下纏繞形成非互連的束。
66.一種增強的膠結(jié)材料，包括
膠結(jié)體；和
分散在整個膠結(jié)體內(nèi)的纖維組分，所述纖維組分是每個單絲為約350至約6000但尼爾的多根聚烯烴單絲絞線，絞線纏繞形成纖維束，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲絞線形成第一纖維組分，所述增強的膠結(jié)材料進(jìn)一步包括第二纖維組分，所述第二纖維組分與第一纖維組分分離并且為原纖維化的，所述第二纖維組分由均聚物材料形成。
67.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分的存在量為約50至95wt％，所述第二纖維組分的存在量為約5至50wt％。
68.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分與第二纖維組分在不存在潤濕劑的情況下混合。
69.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分的纖維長度為約19至60mm，所述第二纖維組分的纖維長度為約19至60mm。
70.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分第二纖維組分的纖維長度相同。
71.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分為由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纖維組分為由均聚物聚丙烯纖維形成的。
72.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第二纖維組分為每個單絲約100至約20,000但尼爾。
73.權(quán)利要求66的增強的膠結(jié)材料，其中所述第一纖維組分和第二纖維組分形成合成纖維混合物，所述合成纖維混合物在膠結(jié)體中的存在量為約0.1至2.0體積％。
74.權(quán)利要求73的增強的膠結(jié)材料，其中所述合成纖維混合物在膠結(jié)體中的存在量為約0.3至2.0體積％。
75.權(quán)利要求73的增強的膠結(jié)材料，其中所述合成纖維混合物在膠結(jié)體中的存在量為約0.5至2.0體積％。
76.膠結(jié)材料用增強材料，其是通過將多根聚烯烴單絲絞線纏繞形成纖維束以混合到膠結(jié)體中而形成的，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲絞線在不存在潤濕劑的情況下纏繞形成非互連的束。
77.膠結(jié)材料用增強材料，其是通過將多根聚烯烴單絲絞線纏繞形成纖維束以混合到膠結(jié)體中而形成的，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)，其中所述多根單絲絞線形成第一纖維組分，所述增強的膠結(jié)材料進(jìn)一步包括第二纖維組分，所述第二纖維組分與第一纖維組分分離并且為原纖維化的，所述第二纖維組分由均聚物材料形成。
78.權(quán)利要求77的增強材料，其中所述第一纖維組分的存在量為約50至95wt％，所述第二纖維組分的存在量為約5至50wt％。
79.權(quán)利要求77的增強材料，其中第一纖維組分與第二纖維組分在不存在潤濕劑的情況下混合。
80.權(quán)利要求77的增強材料，其中所述第一纖維組分的纖維長度為約19至60mm，所述第二纖維組分的纖維長度為約19至60mm。
81.權(quán)利要求77的膠結(jié)材料用增強材料，其中所述第一纖維組分第二纖維組分的纖維長度相同。
82.權(quán)利要求77的增強材料，其中所述第一纖維組分為由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纖維組分為由均聚物聚丙烯纖維形成的。
83.權(quán)利要求77的增強材料，其中所述第一纖維組分為每個單絲約350至約6000但尼爾，所述第二纖維組分為每個單絲約100至約20,000但尼爾。
84.權(quán)利要求77的增強材料，其中第一纖維由約70至80wt％聚丙烯和約20至30wt％的高密度聚乙烯形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及纖維增強材料，由其制造的產(chǎn)品，和制造它們的方法。本發(fā)明提供一種合成纖維和它的使用和形成方法。本發(fā)明可包括作為由非原纖維化單絲的多個絞線組成的纏繞束的纖維組分，纏繞程度大于約0.9匝/英寸(約0.36匝/cm)。本發(fā)明還可包括與纏繞纖維組分分離的原纖維化的另一纖維組分。
文檔編號C04B28/02GK101428982SQ20081016881
公開日2009年5月13日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者杰弗里·B·洛維特, 丹尼爾·T·比德爾, 小查爾斯·H·皮茨 申請人:福塔股份有限公司